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TitleDISEÑO EN INGENIERÍA MECÁNICA
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                            Diseño en ingeniería mecánica de Shigley
Dedicatoria a Joseph Edward Shigley
Acerca de los autores
Contenido breve
Contenido
Prefacio
Reconocimientos
Lista de símbolos
Parte 1 Fundamentos
	1 Introducción al diseño en la ingeniería mecánica
	2 Materiales
	3 Análisis de carga y esfuerzo
	4 Deflexión y rigidez
Parte 2 Prevención de fallas
	5 Fallas resultantes de carga estática
	6 Fallas por fatiga resultantes de carga variable
Parte 3 Diseño de elementos mecánicos
	7 Ejes, flechas y sus componentes
	8 Tornillos, sujetadores y diseño de uniones no permanentes
	9 Soldadura, adhesión y diseño de uniones permanentes
	10 Resortes mecánicos
	11 Cojinetes de contacto rodante
	12 Cojinetes de contacto deslizante y lubricación
	13 Engranes: descripción general
	14 Engranes rectos y helicoidales
	15 Engranes cónicos y de tornillo sinfín
	16 Embragues, frenos, coples y volantes
	17 Elementos mecánicos flexibles
	18 Caso de estudio: transmisión de potencia
Parte 4 Herramientas de análisis
	19 Análisis de elementos finitos
	20 Consideraciones estadísticas
Apéndices
	A Tablas útiles
	B Respuestas a problemas seleccionados
Índice
                        
Document Text Contents
Page 2

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Page 546

516 PARTE TRES Diseño de elementos mecánicos

Fmín = kymín = 6.42(1.75 − 1.375) = 2.41 lbf

Fs = 6.42(1.75 − 0.563) = 7.62 lbf

C =
D

d
=

0.435
0.045

= 9.67

K B =
4(9.67) + 2
4(9.67) − 3

= 1.140

τs = 1.140
8(7.62)0.435
π(0.045)3

= 105 600 psi

ns =
Ssy
τs

=
139.3
105.6

= 1.32

Ahora que ns > 1.2, el pandeo no es posible porque las espiras están protegidas por la super-
ficie del agujero y la longitud sólida resulta menor que

5
8 pulg, por lo cual se debe seleccionar

este resorte. Al usar un resorte de almacén se obtiene la ventaja de las economías de escala.

10-8 Frecuencia crítica de resortes helicoidales
Si una perturbación crea una onda en un extremo de una alberca, viajará a lo largo de ésta,

se reflejará de regreso en el extremo lejano y continuará en este movimiento hacia delante y

hacia atrás hasta que, finalmente, se amortigüe. El mismo efecto, que ocurre en los resortes

helicoidales, se llama oscilación del resorte. Si un extremo de un resorte de compresión se
fija contra una superficie plana y en el otro extremo se produce una perturbación, se origina

una onda de compresión que viaja hacia y desde un extremo al otro exactamente como la onda

de la alberca.

Los fabricantes de resortes han tomado películas en cámara lenta de la oscilación de un

resorte de válvula. Las películas muestran una oscilación muy violenta, que ocasiona que el

resorte en realidad salte fuera del contacto con las placas de extremo. En la figura 10-5 se

presenta una fotografía de una falla, causada por esta oscilación.

Cuando los resortes helicoidales se emplean en aplicaciones que requieren un movi-

miento recíproco rápido, el diseñador debe tener la certeza de que las dimensiones físicas del

resorte no provocarán una frecuencia vibratoria natural cercana a la frecuencia de la fuerza

aplicada, pues podría ocurrir el fenómeno de resonancia, que causaría esfuerzos perjudiciales,

puesto que el amortiguamiento interno de los materiales para fabricar resortes es bastante

bajo.

La ecuación que gobierna un resorte colocado entre dos placas planas paralelas es la

ecuación de onda


∂2u

∂x2
=

W

kgl2
∂2u

∂t2
(10-24)

donde k = razón del resorte

g = aceleración debida a la gravedad

l = longitud del resorte

W = peso del resorte

x = coordenada medida a lo largo de la longitud del resorte

u = movimiento de cualquier partícula a una distancia x

516 PARTE TRES Diseño de elementos mecánicos

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CAPÍTULO 10 Resortes mecánicos 517

La solución de esta ecuación es armónica y depende de las propiedades físicas dadas

así como de las condiciones finales del resorte. Las frecuencias armónicas, naturales, de un
resorte colocado entre dos placas planas y paralelas, en radianes por segundo, son

ω = mπ
kg

W
m = 1, 2, 3, . . .

donde la frecuencia fundamental se determina para m = 1, la segunda armónica para m = 2, y
así sucesivamente. Por lo general, lo que interesa es la frecuencia en ciclos por segundo; como

ω = 2πf, se tiene, para la frecuencia fundamental en hertz,

f =
1

2

kg

W
(10-25)

suponiendo que los extremos del resorte siempre están en contacto con las placas.

Wolford y Smith9 demuestran que la frecuencia está dada por

f =
1

4

kg

W
(10-26)

donde el resorte tiene un extremo apoyado contra una placa plana y el otro está libre. También

señalan que la ecuación (10-25) se aplica cuando un extremo está apoyado contra una placa

plana y el otro se conduce con un movimiento sinusoidal.

El peso de la parte activa de un resorte helicoidal es

W = ALγ =
πd2

4
(π DNa)(γ) =

π2d2 DNaγ

4
(10-27)

donde γ es el peso específico.

9 J. C. Wolford y G. M. Smith, “Surge of Helical Springs”, en Mech. Eng. News, vol. 13, núm. 1, febrero de 1976,
pp. 4-9.

Figura 10-5

Falla de un resorte de válvula
en un motor sobrerrevolucio-
nado. La fractura se produce
a lo largo de la línea, a 45°
del esfuerzo principal máximo
asociado con la carga de
torsión pura.

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Factores de conversión A para obtener una entrada X a una salida Y mediante la fórmula Y = AX*

Multiplique
la entrada X

Por el factor
A

Para obtener
la salida Y

Multiplique
la entrada X

Por el factor
A

Para obtener
la salida Y

*Aproximado.

†La unidad libra fuerza del sistema usual de Estados Unidos con frecuencia se abrevia lbf para distinguirla de la libra masa, que se abrevia lbm. En muchos casos en este libro la libra fuerza se escribe
simplemente como libra y se abrevia lb.

Unidad térmica 1 055 joule, J
británica, Btu

Btu/segundo, Btu/s 1.05 kilowatt, kW
caloría 4.19 joule, J
centímetro de 1.333 kilopascal, kPa

mercurio (0ºC)
centipoise, cP 0.001 pascal-segundo,

Pa ∙ s
grado (ángulo) 0.0174 radián, rad
pie ft 0.305 metro, m
pie2, ft2 0.0929 metro2, m2

pie, minuto 0.0051 metro/segundo, m/s
ft/min

pie-libra, 1.35 joule, J
ft∙ lb

pie/libra 1.35 watt, W
segundo,
ft ∙ lb/s

pie/segundo, ft/s 0.305 metro/segundo, m/s
galón (EUA), gal 3.785 litro, l
caballos de potencia, hp 0.746 kilowatt, kW
pulgada, pulg 0.0254 metro, m
pulgada, pulg 25.4 milímetro, mm
pulgada, pulg2 645 milímetro2, mm2

pulgada de mercurio 3.386 kilopascal, kPa
(32ºF)

kilolibra, kip 4.45 kilonewton, kN
kilolibra, pulg2, 6.89 megapascal, MPa

kpsi (ksi) (N/mm2)
masa, lb ∙ s2/pulg 175 kilogramo, kg
milla, mi 1.610 kilómetro, km
milla/hora, mi/h 1.61 kilómetro/hora

km/h
milla/hora, mi/h 0.447 metro/segundo, m/s

momento 0.0421 kilogramo-metro2,
de inercia kg ∙ m2

lbm ∙ ft2

momento 293 kilogramo-
de inercia milímetro2

lbm ∙ pulg2 kg ∙ mm2

momento de 41.6 centímetro4, cm4

sección (segundo
momento del
área), pulg4

onza fuerza, oz 0.278 newton, N

onza masa 0.0311 kilogramo, kg

libra, lb† 4.45 newton, N

libra-pie, 1.36 newton-metro,
lb ∙ ft N ∙ m

libra/pie2, lb/ft2 47.9 pascal, Pa

libra-pulgada, lb ∙ pulg 0.113 joule, J

libra-pulg, lb ∙ pulg 0.113 newton-metro,
N ∙ m

libra/pulg, lb/pulg 175 newton-metro,
N/m

libra/pulg2, psi 6.89 kilopascal, kPa
(lb/pulg2)

libra masa, lbm 0.454 kilogramo, kg

libra masa/ 0.454 kilogramo/segundo,
segundo, lbm/s kg/s

cuarto de galón 946 mililitro, ml
(EUA), qt

módulo de sección, 16.4 centímetro3, cm3

pulg3

slug 14.6 kilogramo, kg

ton (corta 2 000 907 kilogramo, kg
lbm)

yarda yd 0.914 metro, m

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Page 1092

Propiedades
geométricas
(continuación)

G

G

Triángulos rectángulos

Triángulos rectángulos

Cuadrantes de círculo

Cuadrantes de círculo

G

G

G
G

G

G

24BudyForros2-3.indd 324BudyForros2-3.indd 3 15/10/07 10:46:1215/10/07 10:46:12

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